Pourquoi une fusée est-elle lancée dans l'espace ?

La limite de l'espace, généralement fixée à 100 km (la ligne de Kármán), ne représente qu'une heure de trajet en ligne droite vers le haut. Ce qui rend l'accès difficile n'est pas la distance, mais la vitesse nécessaire pour y rester. Un objet qui monte simplement jusqu'à 100 km retombe en quelques minutes. Pour rester en orbite, il doit se déplacer horizontalement à environ 7,8 km/s (28 000 km/h), suffisamment vite pour que, tandis qu'il tombe vers la Terre, le sol se courbe et s'éloigne en dessous. Atteindre cette vitesse, tout en compensant l'énergie perdue à cause de la gravité et du frottement de l'air pendant la montée, est tout l'objet d'un lancement.

Les moteurs d'avion respirent de l'air et les ailes ont besoin d'air pour générer de la portance ; au-delà d'environ 30 km, il y en a trop peu des deux. Une fusée transporte son propre oxydant et fonctionne selon la troisième loi de Newton : elle expulse du gaz chaud vers l'arrière à plusieurs kilomètres par seconde, et le véhicule est propulsé vers l'avant par cette même force. Cela fonctionne aussi bien dans le vide, ce qui fait des fusées la seule propulsion capable d'achever la montée. Le prix à payer est la masse : une fusée orbitale transporte généralement entre 85 et 90 % de propergol au décollage, c'est pourquoi les ingénieurs se débarrassent des réservoirs vides par étapes afin de ne pas continuer à accélérer du poids mort.

Un lancement commence à la verticale pour traverser rapidement l'air le plus dense, puis s'incline dans un virage gravitationnel afin que la plus grande partie de la poussée serve à gagner de la vitesse horizontale. Après environ deux à dix minutes, le dernier étage s'éteint une fois la vitesse cible atteinte, et la charge utile se retrouve en orbite. Aller plus loin, jusqu'à la Lune ou aux planètes, implique d'ajouter quelques kilomètres par seconde supplémentaires, ce qui explique pourquoi les sondes interplanétaires sont petites comparées aux fusées qui les transportent.